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当我们说到碰撞安全时，有为行人安全考虑过吗？
2018-12-21 18:13:54· 来源：卢元甲 weINcar
我跟XX车撞了，他保险杠都掉了，我就破了点漆！很多人遇到这种事都很得意，但这一定是好事吗？欧洲碰撞测试机构E-NCAP的评分体系中，有一个重要的指标，就是对车
“我跟XX车撞了，他保险杠都掉了，我就破了点漆！”很多人遇到这种事都很得意，但这一定是好事吗？
欧洲碰撞测试机构E-NCAP的评分体系中，有一个重要的指标，就是对车外行人的保护效果，这一点如果不及格，那么车内安全做得再完美，也拿不到五星评级。业内工程师也有这样的共识：能同时兼顾车内乘员与车外行人的安全性，才是汽车安全的最高境界。那么，要如何实现这一点呢？
今天这篇文章里，京东自动驾驶研发部产品经理卢元甲就和大家聊聊：
“汽车如何才能做到“护人护己？”
如今，汽车安全只体现在这个车是否禁撞、能否更好保护车内乘员上，如今还有行人保护要求、低速碰撞要求、维修费用和主动安全，涵盖了操控性、稳定性、有紧急情况主动制动等等，让车辆可以更好的规避事故的能力。
也可以说，汽车要保护的对象从车主和乘客，拓展到了行人和路上行驶的其他车辆，防护范围变得越来越大了。说的再宏观一些，就是随着社会的进步与发展，汽车这一大众消费品需要承担更多社会责任。所以按照今天消费者、社会和主机厂对汽车的要求来说，本田提出的“护人护己“是符合时代需要的。
不过按照现在的网络舆论，只要粘上“日系车”和“行人保护”或者“吸能”这样的关键词，就会深陷“车硬好还是软好”的口水战之中。在不同的评判标准下，答案也是不一样的。
比如在NVH和操控稳定性要求中，车身刚度几乎总是越大越好；对内饰的触感来说，软才是消费者普遍的需求，甚至在一些特殊位置的耐久性设计中，局部刚度过大会导致应力向其他区域转移，反而会影响整车耐久。
而在碰撞安全这个领域，“硬”和“软”都是非常片面的。汽车车身不同部位的刚度需要合理配置才能达到最好的碰撞效果。同样我们也无法通过单纯“高强度钢占比”之类的简单参数来对比辆车的安全性，或者说，仅仅根据汽车企业的宣传材料，是无法对车辆安全性进行评估的。那如何配置“软”和“硬”才是合理的呢？
1、汽车的骨架设计
如果是完全正向设计的话，汽车车身设计的第一个阶段是力学拓扑结构设计。也就是首先将车身受力的主要框架搭建起来。
如下面这张图：
车身简化，是车身概念设计的一部分
把上面的这种简化模型输入到CAE分析软件中，结合汽车整体刚度和模态目标，再结合汽车工程师的设计经验，就可以在设计最早期对车身关键部位的功能和强度进行定义。如A柱的强度和模态、前纵梁的强度等等，作为下一步车身断面设计的指导。
作为车身结构最顶层的设计：
拓扑结构设计完善与否对整车的被动安全性影响也是最大的。比如汽车企业所宣传的“3H车身结构”、“笼式车身结构”都是指车身的拓扑结构。通过拓扑结构设计，也就对汽车各个部件的“软”和“硬”做好了定义。
最近几十年，传统动力汽车的布局变化很小，因此车身的拓扑总体结构实际上也大同小异。丰田的传统“3H车身结构”也演化为“GOA车身结构”，和欧美企业采用的“笼式车身结构”相似。
但拓扑结构也不是完全一成不变的，在一些细节上变化。最近几年的趋势，是随着IIHS的小重叠范围偏置碰撞的实施，汽车企业也开始强调shotgun在碰撞结构中的作用。shotgun就是汽车上安装前翼子板的纵梁，在机舱的最外侧。
由于小重叠范围偏置碰撞中，一般设计中承受碰撞冲击的前纵梁无法正对碰撞壁，需要由shotgun来承受冲击。
下图是本田ACE车身结构：
本田ACE车身
本田在设计过程中也是对shotgun进行了加强，并且在shotgun和前纵梁之间增加了一块强壮的连接结构，在小重叠范围偏置碰撞时可以将部分冲击转化到车身纵梁上，减少shotgun受到的冲击。
大众Passat的车身
对比大众Passat这种早期设计的车身结构，还没有相似的结构设计。相信未来的新的车身结构都会突出shotgun的作用。
2、断面和结构设计
通过拓扑结构分析，就能知道汽车主要受力结构的性能指标。接下来就是对车身断面进行设计。通过断面结构，就能大体控制断面部分的刚度和强度。
有了断面结构以后，再根据造型方向和趋势拉伸，就能得到车身各个钣金的详细结构。因此可以说断面设计是个承上启下的步骤。
车身断面设计不仅仅考虑车身的性能强度，还要考虑汽车上其他零件的安装结构和限制。比如人机工程中的种种限制条件（视野、空间等）、其他零件的安装结构（比如密封条、锁销等）、汽车外表面钣金件高度落差（控制风噪、视觉效果）等等。
某车型的A柱主断面
也正是因为这些限制和功能存在，结构尺寸也会受到各种限制，因此车身断面形状都很复杂。相同材料长度下，最好的断面结构是圆形和正方形，但车上不会有哪个断面是圆形或者正方形的。在一些受力较大的位置，如各种接头位置和梁的曲率较大的位置，就需要在在腔体内部增加加强件来补强。
将断面根据需要进行拉伸，就能得到零件的雏形了。对汽车前部的纵梁来说，在正面碰撞时吸收碰撞的能量，防止乘员舱部分加速度过高是其最主要的任务。
而对包围乘员舱的梁架结构来说：
在碰撞时保持乘员舱的完整性，尽量减少变形是其最主要的任务。
因此机舱的纵梁也是要“软硬适中”，机舱纵梁太软，强度不足，在长度限制内就无法吸收足够的能量，而过硬会导致乘员舱在碰撞时加速度过大，安全带、气囊等也会对驾驶员和乘客造成额外的伤害。由于轴向的压溃变形比弯曲变形吸收能量更多，也更稳定，因此在碰撞时，前纵梁要保持稳定，减少弯曲。
在设计纵梁时还会预先增加一些类似压痕的结构，看上去是降低整体刚度，但是这些小结构可以诱导纵梁更合理的变形，在相同的长度和形状限制下吸收更多能量。
常用的压缩诱导结构和能量吸收情况对比
不过要注意的是，是这里纵梁的“软硬适中”都是对正面碰撞的被动安全而言的，与行人保护没有任何关系。很多汽车销售的话术会用行人保护来解释碰撞吸能，完全是忽悠人的。
3、影响车辆维修的设计
这部分实际上就是指防撞梁和纵梁吸能盒的设计。看过各种拆车节目的朋友肯定都了解，汽车上防撞梁后面会安装一个方便更换的吸能盒的结构，会做的比纵梁更软，在低速度碰撞时先发生塑性变形吸收能量，这样可以防止后面纵梁变形，减少维修成本。
汽车防撞梁和吸能盒
但实际上，前防撞梁的作用也主要体现在低速碰撞中对水箱等前部零件的保护上。在高速碰撞中，前防撞梁能够起到的作用也是有限的。首先防撞梁是横向安装的零件，碰撞方向上的的尺寸有限，无法吸收很多能量，另外其横向跨度很大，受到撞击后很快就会弯曲，很难将冲击力横向传递到另外一侧。因此其在高速碰撞中起到的作用很小。汽车后防撞梁的作用也是如此。
前防撞梁无法将高速碰撞的冲击力转移到两侧纵梁
那为啥取消后防撞梁的车要比取消前防撞梁的车多呢？
一是倒车的车速还是要比正向行驶的车速小，主要以小剐蹭为主，能用上后防撞梁的情况数量很少。二是造型上，安装防撞梁的空间不足。而最重要的，真的用上后防撞梁的情况，很多时候是车子被别人追尾了，这种情况是后车全责，修车费不需要车主承担，取消后防撞梁不会对车主造成更多损失。
4、行人保护设计
行人保护设计也包含很多内容，最主要的两方面：一是控制外覆盖件刚度和溃缩空间，二是外观设计。
覆盖件的软硬应该是消费者除了悬架之外，唯一能够感受到刚度不同的地方了。但同样也不是覆盖件越软，行人保护也就越好。也就是说，还是不能通过手摁发动机罩的方式判断行人保护好还是不好，和手按车门判断汽车结不结实一样，都是无意义的。因为保护行人和保护乘客的设计都是吸能设计，需要考虑在将动能吸收完之前的加速度是否超标。
行人保护碰撞模拟
因此实际上，最重要的设计是在发动机罩和保险杠后面留出足够的运动空间吸收能量，防止人的头部和腿在停止运动前撞到下面的硬质物体，受到更大的伤害。
根据目前的实验要求来看，钢制的发动机舱罩的硬度还比较合适，铝制的发动机罩偏软，需要在发动机罩后部留出更多的空间吸收能量。而塑料的前保险杠则更软一些，里面要垫上泡沫支撑，否则保险杠变形太大，撞透之后，腿会撞到前防撞梁，受到更多伤害。
外观设计也包含很多内容：
最基本的设计是一些法规设计，如外部突出物法规，要求车辆外观不能有过于突出和尖锐的物体，划伤或刺伤行人，钣金边缘也要求包边。护轮板法规则对车辆的轮胎包裹有要求，防止轮子甩石子出来，伤到后面跟随的车辆。这些都是车辆设计的基本要求。
除了法规要求之外，还有很多其他的行人保护方面的设计。如一些较高的SUV会设计好汽车碰撞行人的接触点，使其低于人的重心，防止把行人撞到车子下面而被车轮轧到。
还有最近几年出现的小腿支撑设计，就是在汽车保险杠的下部再设计出一个小的突起结构，这样在车辆撞到行人时，可以在人的小腿下部产生一个支撑作用，防止膝关节弯曲角度过大而受伤。比如最早在奥迪车保险杠下面出现的两个小犄角就是作为小腿支撑存在的。
汽车上的小腿支撑结构
5、总结
在碰撞安全设计中，没有任何一部分设计可以说“越硬越好”或者是“越软越好”，每个零件的刚度和强度都需要工程师细心安排和配置，这样才能让汽车更安全的在道路上行驶，即能保护车主和乘客的安全，也能减少对路上行人的伤害。
对于目前的很火的混合动力车型来说：
因为产品布局和传统动力汽油车差异较小，整车安全性更多的反映在电池本身的安全性、高压线束防护以及整车少量增重带来的一些细节问题，因此在整体上很难对整车的碰撞结构和布局产生影响。
而纯电动汽车，因为电池布局会打断很多车身力学拓扑结构，并且增重很多，对碰撞安全的影响就会非常大。因此类似本田ACE车身结构这种强调shotgun在碰撞中作用的车身结构也同样适用于混合动力车型。
但是“护人护己”的碰撞设计理念，在现在以及未来一段时间来看，都会是符合时代要求的认知。
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